refraction et réflexion totale

Lumières d’étoiles

1.

La réfraction et la réflexion totale

1.1. La réfraction

‣ La réfraction est le p h é n o m è n e d e c h a n g e m e n t d e direction de la lumière lorsqu’elle change de milieu.

• le rayon réfracté appartient au plan défini par le rayon incident et la droite normale à la surface de séparation des milieux.

• les angles i et r sont liés par la loi de Snell-Descartes :

n

sin(i) = n

sin(r)

1.2. La réflexion totale

• Lorsque la lumière passe d’un milieu d’indice élevé à un milieu d’indice plus faible, alors on peut observer que le phénomène de réfraction n’a pas toujours lieu. La lumière est alors totalement réfléchie avec un angle de réflexion égal à l’angle d’incidence.

Milieu 1 : indice n1

Milieu 2 : indice n2

Rayon i ncident

Rayon ré

fracté Droite normale (sert à repérer les angles)

Angle d’incidence : i

Angle de réfraction : r

Surface de séparation des milieux : dioptre

La réfraction

Angle d’incidence i

Angle de réflexion r

2.

Les spectres

2.1. Dispersion de la lumière blanche par un prisme

• La lumière blanche est composée d’une multitude de radiations radiations monochromatiques.

• Chacune d’elles est déviée différemment par un prisme car l’indice optique n’est pas le même pour toutes les radiations.

• Un prisme permet donc d’observer le spectre de la lumiuère émise.

‣ La longueur d’onde, notée λ, caractérise dans le vide une radiation monochromatique. Elle s’exprime en mètres.

2.2. Spectres continus

‣ Le spectre de la lumière émise par un corps chaud est continu, et il dépend de sa température.

Température plus élevée Température élevée

600 nm 500 nm

700 nm

Longueur d'onde décroissante

800 nm 400 nm

2.3. Spectres de raies

‣ Le spectre de la lumière émise par un gaz est un s p e c t r e d e r a i e s d’émission : il est la

“signature” d’un élément chimique.

Spectre d'émission de l'hélium.

‣ Le spectre de la lumière qui a traversé un gaz est un spectre de raies d’absorption.

‣ Chaque élément peut absorber les même radiations qu’il est capable d’émettre. Un spectre de raies d’absorptions permet donc d’identifier les éléments qui ont absorbé la lumière.

3. Applications à l’astrophysique

‣ Le gaz chaud de la surface des étoiles émet un spectre continu. Il est donc d’origine thermique permet de déterminer la température de la surface de l’étoile.

‣ Une fois émise, la lumière traverse l’atmosphère de l’étoile. LEs atomes présents absorbent certaines radiations : les trous dans le spectre continu sont caractéristiques des espèces qui ont absorbé les radiations. L’étude des raies d’absorption du spectre d’une étoile permet donc de connaître la composition de son atmosphère.

Exemples de spectres stellaires : p 264

Images www.ulb.ac.be

• L’enveloppe gazeuse du Soleil est essentiellement composée d’hydrogène et d’hélium.

D’autres éléments sont aussi présents (fer, oxygène...) mais à l’état de traces.

Spectre d'absorption de l'hélium.